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申请/专利权人：中策橡胶集团股份有限公司

摘要：本发明涉及重载用充气轮胎。重载用充气子午线轮胎，该轮胎包括至少一层布置在子午方向上的胎体层，以及布置在胎体层外侧，由多个金属帘线层组成的带束层结构；带束层结构中和胎体相邻的互相交叉的一号带束层和二号带束层由非伸长性金属帘线构成，金属帘线和周向成14‑35度的范围内；二号带束层上侧两端区域布置有一层或者两层0度强化带束层，0度强化带束层以胎面中心线为对称轴两边对称，并且几乎和周向平行；组成0度强化带束层的钢丝帘线在低应力下的伸长率为1%‑4%，平行排列的帘线之间的间距大小为帘线直径的1.2倍以上；用基于赤坂Netting理论的下述计算公式计算出的0度强化带束层安全倍数K最少在7倍以上。本发明在高气压、凹凸路面、多弯道的路况下使用，效果尤其显著。

主权项：1.重载用充气子午线轮胎的设计的方法，该轮胎包括胎面胶（1）、基部胶（2）、一号带束层（3）、二号带束层（4）、三号带束层（5）、0度强化带束层（6）、带束层覆胶（7）、金属帘线胎体层（8）、内衬层（9）、带束层垫胶（10）和胎侧胶（11）；一号带束层（3）和二号带束层（4）互相交叉，覆盖在金属帘线胎体层（8）上面，胎面中间部位有一层宽度比其窄的三号带束层（5），挨着三号带束层（5）两端、在二号带束层（4）上方配置有两层和周向平行的0度强化带束层（6），0度强化带束层（6）以胎面中心线为对称轴两边对称，并且该0度强化带束层（6）位于一号带束层（3）和二号带束层（4）中较宽的一方的内侧；其特征在于，一号带束层（3）和二号带束层（4）由非伸长性金属帘线构成，金属帘线和周向的角度在14-35度的范围内；组成0度强化带束层（6）的钢丝帘线在低应力下的伸长率为1%-4%，平行排列的帘线之间的间距大小为帘线直径的1.2倍以上；该方法用基于赤坂Netting理论的下述计算公式计算出0度强化带束层安全倍数K： F＝Fθ+FΦFθ＝cos2θ1×f1×n1+cos2θ2×f2×n2+cos2θ0×f0×n0×y×w050FΦ＝sin2θ1×f1×n1+sin2θ2×f2×n2+sin2θ0×f0×n0×y×w050tan2α＝FΦFθ；K：安全倍数，F：0度带束层区域的总强度，FΘ：0度带束层强度的轮胎周向分力，FΦ：0度带束层强度的轮胎径向分力，α：力学等价角度，P：内压，标准上的最高气压，θ1，θ2，θ0：各带束层和轮胎周向的夹角，f1，f2，f0：各带束层帘线的破断强力，n1，n2，n0：每50mm宽范围内的各带束层帘线密度，w0:0度带束层的周向宽度，y：0度带束层的层数，Ra：0度带束层中间位置到轮胎旋转轴的距离， ：轮胎断面方向上0度带束层的曲率半径；用基于赤坂Netting理论的计算公式计算出的0度强化带束层（6）安全倍数K在7.8-8.5倍。

全文数据：重载用充气子午线轮胎技术领域本发明涉及重载用充气轮胎，是一种以抑制带束层端点脱层为目的的技术。在高气压、凹凸路面、多弯道的路况下使用，效果尤其显著。背景技术图1是国内常见的带束层结构，但是在高气压、凹凸路面、多弯道的路况下行驶，覆盖0度带束层的覆胶和基部胶之间的界面发生剥离，这种情况屡见不鲜。本专利确保0度带束补强层强度维持在一定范围内的同时、调整弯曲刚性，使轮胎在凹凸路面、弯道上行驶时由强制变形引起的0度带束补强层的应力得以缓和，从而抑制界面剥离病疵。以图1中所示的带束层结构为例说明。一号、二号带束层3、4互相交叉，覆盖在耐张力带束层上面、胎面中间部位有一层宽度比其窄的带束保护层5，挨着带束保护层两端、在二号带束层4上方通常配置有两层和周向几乎平行的0度强化带束层6。并且该0度强化带束层6介于比一号、二号带束层3、4中较宽的一方的内侧。由于0度强化带束层6和周向几乎平行，故无法像其他的一号、二号带束层3、4和带束保护层5那样，对于成型到硫化工序中的径向伸张，通过角度变化去补充外周长的伸张部分，所以一般采用在低应力条件下的伸长率为1％到4％的高伸长型钢丝。本专利中的试验改良对象分两种，一种是大小相当于11.00R20及其以上的规格用高伸长钢丝，捻线结构3x7x0.20HE破断强力1360N，捻线直径1.39mm，密度22.5根50mm，根据使用条件宽度从29mm到39mm不等，2层重叠。另一种是大小相当于10.00R20及其以下的规格用捻线结构3x4x0.22HE破断强力940N，捻线直径1.18的钢丝，根据使用条件宽度从24mm到34mm不等，2层重叠。在大小相当于11.00R20及其以上的规格中，11.00R20、12.00R20、12R22.5、13R22.5、29580R22.5、31580R22.5等是在中国市场上有代表性的规格。在大小相当于10.00R20及其以下的规格中，10.00R20、9.00R20、11R22.5、10R22.5、27570R22.5、等是在中国市场上有代表性的规格。中国市场上重载使用条件下的带束层病疵大致可分为以下两类。第一类：耐张力带束层中的一号带束层3端点为起始点图2、或者一号带束层3和二号带束层4的层间发生的病疵图3，是由一号、二号带束层层间剪切应变引起的应变破坏病疵。第二类：覆盖在和周向几乎平行的0度强化带束层6上面的胶料层7和基部胶8之间的界面剥离病疵，其在标准范围以上的高气压条件如1000kPa-1500kPa、弯道、凹凸路面行驶条件下屡见不鲜。发明内容本专利以第二类的病疵改良为目的。提供一种重载用充气子午线轮胎，通过本发明，采用覆胶和基部胶之间的硬度调整以外的办法来缓解该界面上的压缩应力应变集中，解决的冠部界面脱层病疵。本专利设计人员就该界面剥离病疵的原因进行了分析，对剥离界面的表面以及纵深方向的断面进行了细微的观察，根据结果判断该界面上受到垂直方向的压缩应力集中和应变集中。其原因可能是：1、0度强化带束层的刚性高，因此在高压、弯道、凹凸路面条件下，路面通过胎面传递过来的外力使得0度强化带束层6周边容易应力集中。2、覆盖住0度强化带束层的覆胶的硬度一般为64-66、采用硬度比较高的胶，目的在于抑制钢丝帘线和胶料的剥离。而相邻的基部胶采用的是低生热胶料，硬度一般为60-62。因而在原因1的前提下，0度强化带束层周边有外力作用的话，在不同硬度的覆胶和基部胶界面间就会集中压缩应力、应变，以致界面发生剥离。特别是测量病疵胎的胶料硬度后发现，受行驶时的生热影响、覆胶的硬度比新胎时增加了3-4个点，而基部胶硬度变化不大，两个部件间的硬度差进一步加大，该界面上容易受到压缩应力应变集中。消除覆胶和基部胶之间的硬度差对于耐久性和生热的兼顾是比较困难的，因此通过胶料硬度调整以外的办法来缓解该界面上的压缩应力应变集中对于要解决的病疵非常必要。为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：重载用充气子午线轮胎，该轮胎包括至少一层布置在子午方向上的胎体层，以及布置在胎体层外侧，由多个金属帘线层组成的带束层结构；带束层结构中和胎体相邻的互相交叉的一号带束层和二号带束层由非伸长性金属帘线构成，金属帘线和周向成14-35度的范围内；二号带束层上侧两端区域布置有一层或者两层0度强化带束层，0度强化带束层以胎面中心线为对称轴两边对称，并且几乎和周向平行；组成0度强化带束层的钢丝帘线在低应力下的伸长率为1％-4％，平行排列的帘线之间的间距大小为帘线直径的1.2倍以上；用基于赤坂Netting理论的下述计算公式计算出的0度强化带束层安全倍数K最少在7倍以上。F＝Fθ+FΦFθ＝cos2θ1×f1×n1+cos2θ2×f2×n2+cos2θ0×f0×n0×y×w050FΦ＝sin2θ1×f1×n1+sin2θ2×f2×n2+sin2θ0×f0×n0×y×w050tan2α＝FΦFθK:安全倍数F：0度带束层区域的总强度FΘ：0度带束层强度的轮胎周向Θ分力FΦ：0度带束层强度的轮胎径向Φ分力α：力学等价角度P：内压标准上的最高气压θ1,θ2,θ0：各带束层和轮胎周向的夹角f1,f2,f3:各带束层帘线的破断强力n1,n2,n3:每50mm宽范围内的各带束层帘线密度w0:0度带束层的周向宽度y：0度带束层的层数Ra：0度带束层中间位置到轮胎旋转轴的距离rΦ：轮胎断面方向上0度带束层的曲率半径。作为进一步改进，所述的0度强化带束层安全倍数K在7.8-8.5倍。通过本发明，采用覆胶和基部胶之间的硬度调整以外的办法来缓解该界面上的压缩应力应变集中，解决的冠部界面脱层病疵。附图说明图1本专利适用的带束层结构举例；其中：1、胎面胶，2、基部胶，3、1号带束层，4、2号带束层，5、3号带束层，6、0度强化带束层，7、带束层覆胶，8、金属帘线胎体层，9、内衬层，10、带束层垫胶，11、胎侧胶。图2本专利要改良的带束层病疵举例。图3其他的病疵举例。图4带束层各层配置图。图5室内转鼓耐久试验机的转鼓上安装的障碍物示意图。图6室内转鼓耐久试验行驶结果。图7试验2的结果。具体实施方式本专利设计人员基于有效缓和0度强化带束层6周边的应力集中的思路，进行了以下两个试验。试验1：0度强化带束层的强度保持不变，调整钢丝密度和宽度，评价0度强化带束层不同弯曲刚度时的耐久性变化情况。试验2：在试验1结果的基础上，对耐久性好的0度带束层弯曲刚度的轮胎进行试验，调整带束层安全倍数，评价耐久性的变化情况。试验结果试验规格采用31580R22.5-18PR条花系列。中国的重载市场常用的规格是12.00R20，而试验中用31580R22.5代替12.00R20的理由是，轮胎扁平化之后胎肩的带束层张力会增加大约15-20％，对于本次试验来说条件更为苛刻，更容易看出效果。试验1：耐张力带束层1号带束层3和2号带束层4设计相同，强化带束层通过密度的调整把每个单位宽度的弯曲刚度设置为六种水平，另外为了使强化带束层的强度保持不变，宽度上进行了调整。0度强化带束层6的配置位置统一在耐张力带束层2号带束层4的端点内侧15mm差级的位置上。带束保护层5和0度强化带束层6的靠中心线内侧端点间隔1mm、配置在冠部中间部位。试验胎的具体施工方案见后面的表1、表2以及图4。表1表2耐久性试验采用的是室内转鼓耐久试验机，为了尽量接近实际凹凸路面的行驶条件，在直径1.7m的转鼓上装上高15mm的梯形障碍物图5，反复地对胎面施加冲击力。气压、负荷用的是单胎最大气压、负荷，为了避免生热影响以及调整障碍物给予的冲击力，速度用25kmh，比一般的TBR室内试验条件的速度低。另，负荷采用的是逐步递加的方式，第一阶段是最大负荷x66％、测试7个小时，第二阶段是84％、测试16小时，第三阶段是101％、测试24小时，第四阶段是110％、测试10小时，第五阶段是120％、测试10小时，后面每个阶段增加10％、测试10小时。执行到轮胎发生损坏结束。试验结果1表3中是试验1的室内耐久试验结果。表3帘线间距帘线间距帘线直径比行驶时间h轮胎A0.430.30978轮胎B0.610.43981轮胎C0.830.597101轮胎D1.170.842104轮胎E1.471.058119轮胎F1.841.324122从中可以看出，以现有正常生产胎C为基准，则0度带束层钢丝帘线间距比其小的耐久性水平降低，反之帘线间距比其大的耐久性提高。帘线间距为帘线直径的1.0倍以上时，耐久性明显超过正常胎。由此可确认，降低0度带束层的帘线密度对于冲击下的耐久性是有利的。但降低密度意味着0度带束层区域的强度也降低。为了评估强度方面对此举的容忍程度，进行了试验2。试验2：0度强化带束层6的密度设置两种水平，宽度变化，关于0度强化带束层6和1号、2号带束层3、4为一体时的安全倍数和耐久性之间的关系进行了评价。这里解释一下安全倍数的计算方法。众所周知，对于TBR这类气压较高的轮胎，把轮胎看成一张薄膜的赤坂薄膜理论是比较贴切的。根据此薄膜理论，生成了一个含0度强化带束层6和耐张力带束层为一体的安全倍数K的计算公式：F＝Fθ+FФFθ＝cos2θ1×f1×n1+cos2θ2×f2×h2+cos2θ0×f0×n0×y×w050FΦ＝sin2θ1×f1×n1+sin2θ2×f2×n2+sin2θ0×f0×n0×y×w050tan2α＝FΦFθK：安全倍数F：0度带束层区域的总强度FΘ：0度带束层强度的轮胎周向Θ分力FΦ：0度带束层强度的轮胎径向Φ分力α：力学等价角度P：内压标准上的最高气压θ1，θ2，θ0：各带束层和轮胎周向的夹角f1，f2，f3：各带束层帘线的破断强力n1，n2，n3：每50mm宽范围内的各带束层帘线密度w0：0度带束层的周向宽度y：0度带束层的层数Ra：0度带束层中间位置到轮胎旋转轴的距离rΦ：轮胎断面方向上0度带束层的曲率半径。表3是试验用胎的施工方案，表4是各方案0度带束层区域的安全倍数一览。这些试验胎的试验条件和试验1中的室内耐久试验条件一样。表3帘线间距帘线间距帘线直径比行驶时间h轮胎A0.430.30978轮胎B0.610.43981轮胎C0.830.597101轮胎D1.170.842104轮胎E1.471.058119轮胎F1.841.324122表4是试验用胎的施工方案和安全倍数K的一览表。另外还包括计算所需的变量各带束层的帘线破断强度N、密度条50mm、角度deg、0度带束层宽度mm、层数、0度带束层区域的轮廓Ra、rφ。表4表5、图7是试验2的结果。表5242934394449546474C系列C1C2C3C4C5C6C7安全倍数K6.967.257.557.848.138.428.72耐久性试验行驶时间hours9295101110117119115E系列E1E2E3E4E5E6E7E8E9安全倍数K6.666.887.117.347.567.798.028.478.92耐久性试验行驶时间hours7289103112116125130128129可以看到，安全倍数在7倍以上即可、最佳范围是7.8到8.5倍。即使超过8.5倍，耐久性也差不多水平。本结构这种情况如果一味地加大安全倍数，可能会导致带束保护层的宽度变窄、保护层的功能下降。以上解释了本专利的试验内容，但是本专利的技术范围不局限于上述的应用形式。在上述的应用形式上加上各种变更、改良后得到的设计也属于本专利的技术范围。比如，10R22.5、11R22.5等小规格的0度带束层为一层的设计，耐张力带束层1号带束层宽度大于2号带束层宽度等设计也明显在本专利的申请范围内。

权利要求：1.重载用充气子午线轮胎，该轮胎包括至少一层布置在子午方向上的胎体层，以及布置在胎体层外侧，由多个金属帘线层组成的带束层结构；其特征在于，带束层结构中和胎体相邻的互相交叉的一号带束层（3）和二号带束层（4）由非伸长性金属帘线构成，金属帘线和周向成14-35度的范围内；二号带束层上侧两端区域布置有一层或者两层0度强化带束层（6），0度强化带束层（6）以胎面中心线为对称轴两边对称，并且几乎和周向平行；组成0度强化带束层（6）的钢丝帘线在低应力下的伸长率为1%-4%，平行排列的帘线之间的间距大小为帘线直径的1.2倍以上；用基于赤坂Netting理论的下述计算公式计算出的0度强化带束层（6）安全倍数K最少在7倍以上。2.根据权利要求1所述的重载用充气子午线轮胎，其特征在于，0度强化带束层（6）安全倍数K在7.8-8.5倍。

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